Improved cavitation resistance of structural materials in pulsed liquid metal targets by surface hardening

パルス液体金属ターゲットにおける構造材料の表面硬化による耐壊食性の向上

Koppitz, T.*; Jung, P.*; Mller, G.*; Weisenburger, A.*; 二川 正敏  ; 池田 裕二郎

Koppitz, T.*; Jung, P.*; Mller, G.*; Weisenburger, A.*; Futakawa, Masatoshi; Ikeda, Yujiro

圧力波による構造材料のキャビテーション損傷は、高出力パルス中性子源における寿命を決定する因子の一つである。損傷を低減する方法として2つの方法を提案している。一つは、ガスバブル注入法であり、他方は材料の表面硬化法である。813%Crのマルテンサイト鋼の表面硬化が電子線及びレーザー加熱処理、さらにプラズマ窒化により行われ、処理条件の影響について調べられた。熱処理では600Hv硬度、一方窒化では1200Hvが得られた。12%Cr鋼がパルス陽子入射あるいは機械的パルス入射条件下における水銀環境下で試験された。表面損傷が光学顕微鏡,レーザー顕微鏡,電子顕微鏡で観察され、硬化処理による損傷低減化が確認できた。

Cavitation damage of structural materials due to pressure waves is expected to be one of the majior life-time limiting factors in high power liquid metal spallation targets under pulsed operation. Two methods are developed for the European Spallation Source (ESS) to mitigate this damage: Introduction of gas bubbles to surpress the pressure pulse and surface-hardening of structural materials. Surface-hardening of four 8-13%Cr martenstic steels was examined by thermal treatment with pulsed or scanned electron- and laser-beams as well as by nitriding in plasma. A specimens of the 12%Cr steel were tested in liquid mercury under pulsed proton irradiation, and under mechanical pulsed-loading. Surface damage was analysed by optical, confocal-laser, or scanning-electron microscopy, showing in both tests much better resistance of the hardened material compared to standard condition.